Lee, Byung Hwa;Kim, Jin Ho;Kim, Gyu Bo;Kim, Seng Mo;Jeon, Chung Hwan
Journal of Energy Engineering
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v.23
no.2
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pp.42-48
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2014
Soot and tar which were derived from combustion or pyrolysis processes in Puverized Coal(PC) furnace or boiler have been significantly dealing in a radiative heat transfer and an additional source of NOx. Furthermore, the increasing for the use of a coal with low caloric value gives rise to a lot of tar-soot yield and LOI in a recycled ash for using cement materials. So, the ash with higher tar-soot yield and LOI can not recycle due to decreased strength of concrete. In this study, tar-soot yields and flame structures were investigated using the LFR for a blending combustion with bituminous coal and sub-bituminous coal. Also, The investigation were conducted as each single coals and blending ratio. The coals are used in a doestic power plant. In the experimental results, sub-bituminous coal with high volatile contents shows longer soot cloud length than bituminous coal, but overall flame length was shorter than bituminous coal. Tar-soot yields of sub-bituminous coal is lower than those of bituminous coal. Combustion characteristics are different between single coal and blended coal. Therefore, finding an optimal coal blending ratio according to coal rank effects on tar-soot yields.
Soot generation by combustion process has been investigated with objective of understanding of chemical reaction responsible for its formation in a coaxial laminar propane jet diffusion flame. For the direct photos, as the coflowing air flow rate is reduced, the area of soot luminous zone increases at first, then becomes smaller and smaller, and even disappears. The aspects of soot deposition can be acquired by using nine $15{\mu}m$ thin SiC fibers are positioned horizontally across the flame. Deposited soots on SiC fibers show the soot inception point and growth and soot oxidation zone in a typical propane diffusion. Soot is not generated anymore in a oxidizer deficient conditions of near-extinction and flame is fully occupied by transparent blue flame. It suggests that nonsooting pyroligneous blue reaction is being dominant in a oxidizer deficient ambience. In comparison with luminosities of SiC fibers and flame itself, indirect evidence is found that the process of soot nucleation and growth is endothermic reaction. It is remarkable that there exists two adjacent regions to have antithesis characteristics; one is exothermic reaction of blue flame and another endothermic reaction zone of soot formation.
The adsorption of soot particles onto a sensor surface of the engine soot detector posses a critical problem in the measurement. In order to prevent the optical rod surface from soot contamination, various functional coatings and flow-induced cleaning were applied to the surface in this work. For surface coatings, various materials of self-assembled monolayers (SAM) such as OTS (octadecyltrichlorosilane), PFDTES (perfluorodecyl-triethoxysilane) and PFDTMS (perfluorodecyltrimethoxysilane) were coated on the optical rod surface ,which have different characteristics in both hydrophobicity and oleophobicity. These coatings were tested with soot content varying from $0\%\;to\;3wt\%$ and oil temperature from 20 to $70^{\circ}C$. Test results showed that surface coatings were not effective for preventing the adsorption of soot panicles on the surface of optical rod. It was thought that these coatings provided the surface with additional attractive surface forces. However, it was found that adsorption of soot particles onto a sensor surface was minimized by flow-induced cleaning. This effect was tested with varying the flow velocity.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.3
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pp.37-45
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2000
The technique of laser sheet beam has been applied to optically accessible diesel engine for the quantitative measurement of soot. The results provide the information for us for reduction of soot in diesel engine. We used both LIS nad LII techniques simultaneously in this study. LIS and LII images show the quantitative distribution of the soot concentration in an optically accessible diesel engine. In this study, several results were obtained by the simultaneous measurement of LIS and LII technique. The diameter and number density of soot in combustion chamber of the test engine were obtained from ATDC 20$^{\circ}$ to 110$^{\circ}$ . The increase rate of soot diameter was about 40$^{\circ}$ between ATDC 20$^{\circ}$and 110$^{\circ}$. And the number density of soot decreased significantly between ATDC 20$^{\circ}$and 40$^{\circ}$.
The soot formation characteristics of various alkane-based single fuel droplets were studied in this work. Also, This study was performed to provide the database of the soot behavior and formation of alkane-based single fuel droplet. The experimental conditions were set to 1.0 atm of ambient pressure ($P_{amb}$), 21% of oxygen concentration ($O_2$) and 79% of nitrogen concentration ($N_2$). Combustion and soot formation of single fuel droplet was visualized by visualization system with high speed camera. At the same time, ambient pressure, oxygen concentration and nitrogen concentration were maintained by ambient condition control system. Soot formation characteristics was analyzed and compared on the basis of intensity ratio ($I/I_0$) of background image. The results of toluene fuel droplet showed the largest soot generation. Soot volume fraction ($f_v$) was almost the same under the identical fuel types regardless of various initial droplet diameter ($d_0$) since thermophoretic flux was not much changed under the same ambient conditions.
Soot has a great effect on the formation of PM (Particulate Matter) in D.I. (Direct Injection) Diesel engines. Soot in diesel flame is formed by incomplete combustion when the fuel atomization and mixture formation were poor. Therefore, the understanding of soot formation in a D.I. diesel engine is mandatory to reduce PM in exhaust gas. To investigate soot formation in diesel combustion, various measurements have been performed with laser diagnostics. In this study, the relative soot diameter and the relative number density in a DJ. engine was measured by using LIS (Laser Induced Scattering) and LII (Laser Induced Incandescence) methods simultaneously which are planar imaging techniques. And a visualization D.I. diesel engine was used to introduce a laser beam into the combustion chamber and investigate the diffusion flame characteristics. To find the optimal condition that reduces soot formation in diesel combustion, various injection timing and the swirl flow in the cylinder using the SCV (Swirl Control Valve) were applied. From this experiment, the effects of injection timing and swirl on soot formation were established. Effective reduction of soot formation is possible through the control of these two factors.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.2
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pp.64-71
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2000
In order to clarify the characteristics of soot formation and oxidation in-cylinder of a diesel engine, it is necessary to diagnose accurately for combustion of in-cylinder. The past techniques for soot measurement have limitations in providing the characteristics of soot in a diesel engine, whereas, laser-based 2D imaging diagnostics have the potential to provide better temporally and spatially resolved measurements of the soot distribution. We rebuilt an optically accessible diesel engine which is similar to the conditions of a conventional engine and tried to measure soot distribution in a cylinder of the diesel engine using laser induced scattering(LIS) and laser induced incandescence(LII). Some results were acquired in this study. LIS and LII signal that show soot distribution of a in-cylinder were taken by ICCD properly. The signal of LIS was intenser than that of LII. Although they have some differences of signal intensity in early combusion period, both of signals show that they are generally similar in late combustion period, after ATDC 50 degree.
The effect of chemical additives, such as dimethyl ether(DME), ethanol, carbon disulfide on the soot formation were examined numerically. ill this study, the Frenklach soot mechanism was used as a base mechanism to predict the soot formation in the ethane flame. The combination of Westbrook's DME mechanism, Marinov's ethanol mechanism, and chemical kinetic mechanism for hydrogen sulfide and carbon disulfide flames was made with the base mechanism because the DME, ethanol, $CS_2$ additives are added into the ethane fuel. CHEMKIN code was used as a numerical analysis software to simulate the effect of chemical additives on reduction of the polycyclic aromatic hydrocarbons(PAH's) which are soot precursors. From the numerical results it is observed that addition of DME, ethanol and $CS_2$ into ethane fuel can reduce PAH species significantly. That means theses additives can reduce soot formation significantly. Results also strongly suggest suppression of soot formation by these additives to be mainly a chemical effect. Hand OH radicals may be the key species to the reduction of PAH species for additives.
Computation is performed to predict number density, volume fraction and size distribution of soot particles in typical operating conditions of a diesel engine. KIVA has been integrated with the CMC routine to consider turbulence/chemistry coupling and gas phase kinetics for heat release and soot precursors. The compositions of soot precursors are estimated by tracking Lagrangian particles to consider spatial inhomogeneity and differential diffusion in KIVA. The soot simulator SWEEP is employed as a postprocessing step to calculate conditional and integral quantities of soot particles.
The physical characteristics of soot near the soot inception point were investigated with various measurements. In-situ measurements of particle size and volume fraction were introduced based on time resolved laser-induced incandescence (TIRE-LII) and laser-induced ion mobility (LIIM). The one has more convenience and accuracy than conventional LII technique and the other works best for particle sizes of a few nanometers at high concentrations in a uniform concentration field. A complementary ex-situ measurement of particle size is nano differential mobility analyzer (Nano-DMA), which recently developed for measuring particle sizes between 2nm and 100nm and provides high-resolution size information for early soot. Particles will be also collected on transmission electron microscope (TEM) grids using rapid thermophoretic sampling and analyzed for morphology. These measurements will allow fresh and original insight into the characterizing soot inception process. The measured physical properties of incipient soot will clarify the controlling growth mechanism combined with chemical ones, and the dominant mechanism for soot modeling can be deduced from the information.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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